适用于舰船消防安全的智能管控系统及方法、计算机介质与流程

本发明涉及舰船消防安全技术领域，具体地，涉及一种适用于舰船消防安全的智能管控系统及方法、计算机介质。

背景技术：

目前，舰船消防安全信息获取手段单一、获取效率不高、信息不直观、不全面、信息融合度低以及智能化程度不高。船员对于消防安全状况的判断主要还是依靠经验和理论知识，各监测报警数据分散，可视化程度不高，很难清晰掌握灾害态势，其智力及心理面临严峻挑战。虽然舰船消防探测、报警、控制等基本设施较为齐备，但各个设备、消防系统与其它系统独立运行，或者，虽然实现了物理连接，但各系统信息孤立，无法综合应用。各传感探测数据仅用于实时监测报警，未建立完善的消防安全数据信息系统，未进行长时间运行数据分析挖掘与评估。消防安全缺乏数字化管理手段，作业流程执行自动化水平低，依赖人的因素较多，设备使用、故障分类与维修指南等纸质或电子资料海量增长，使用维修人员操作过程中无法获得直观有效的信息，维修保障能力受限，制约了安全保障能力提升，同时缺乏大量操作运行数据的收集与分析，以便于进行运行、维护作业流程的优化和应急处置的辅助决策；缺乏共同作业的通信和信息平台，协同工作能力有限。

经过检索，专利文献cn107737429a公开了一种智能消防系统，通过智能穿戴设备和云平台技术，解决消防员出现困难时及时救援的问题。专利文献cn109841044a公开了一种智慧消防远程监控系统，通过前端和后台系统实现报警监控、消防部门监控、消防视频监控、消防巡检、消防查岗、信息查询统计、数据维护、设施维护、智能研判为一体的消防监督管理系统。专利文献cn109819043a公开了一种三维智能应急消防平台系统及其操作方法提出一种三维智能应急消防平台系统能够形成三维地图的应急消防物联网。并且在公开的学术文献《石油化工企业重点防控区域智能消防设计》(《工业安全与环保》2020年第8期)提出了结合智能消防炮、智能图像火灾探测、消防云平台的智慧消防解决方案。

虽然上述消防智能穿戴设备、云平台服务、物联网、远程消防监控、三维可视化、图像火灾探测技术能够一定程度提高消防监督管理水平，但缺乏火灾规模量化、灾害范围规模动态展示、火灾风险实时预测、路径规划、协同作业、辅助运维、训练演练、辅助救援相结合的多元化服务，无灾害、故障预测信息、状态、风险评估信息的动态展示，未能利用机器视觉技术将火灾图像识别、异常事件判别、能见度识别和人员密度分析结合应用于火灾类型、概率、火灾规模量化、火灾及异常预警报警、现场环境感知、路径规划等辅助决策。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于舰船消防安全的智能管控系统及方法、计算机介质。旨在克服现有技术中的缺点，集合舰船总体布局、舱室结构、消防设施设备、消防人员情况、火灾探测、设备状态信息、视频图像信息、地理信息、行为数据、统计信息、火灾预测信息、安全评估信息、辅助决策信息，进行统一数字化管理，通过可视化处理直观、系统地呈现多维度信息，动态展现消防过程，实现信息实时交互显示、查询、统计、维护管理，提升灾害判断与确认的效率，提高应急指挥决策和资源调配速度，实时掌握处置过程和处置结果，有效提升消防安全动态化、信息化条件下的预警预测能力、动态管控能力、现场处置能力和指挥保障能力，增强舰船消防应急处置和管理水平。

根据本发明提供的一种适用于舰船消防安全的智能管控系统，包括：

应用层：提供以数据、知识库支撑的数字化管理方式，在统一数字化平台上实现消防监控、实战指挥、人员管理、物资管理、维修保障和训练演练，通过多种可视化监控方式以及多元信息交互方式提供信息可视化模型，直观呈现建筑信息、传感数据、设备信息、预测分析、统计信息、运维管理和决策支持；

服务层：包括应用服务层和数据服务层，提供云计算和存储的统一数字化平台服务，建立多种数据库、预测和仿真模型，利用数据服务器测得的实时数据预先计算大量典型火灾工况的火灾发生发展蔓延数据，保存于火灾预测信息数据库，一旦发生火灾，根据火灾类型、火灾概率、火灾规模数据匹配火灾预测信息数据库，预测火灾发展态势；

基础设施：将探测传感设备、消防安全设备、分布式监控箱、分布式固定终端、集中监控设备、单兵移动终端、服务器和通信网络设备接入统一数字化平台，传送实时数据至服务层进行云计算或边缘计算判断灾害概率，量化灾害规模并交互人机信息，同时执行相关操作。

优选地，基础设施包括：

探测传感设备：进行探测数据采集；

分布式监控箱：所述分布式监控箱连接探测传感设备，实现数据采集、处理、边缘计算信息提取以及执行控制操作。

优选地，基础设施还包括单兵移动终端，通过接入统一数字化平台作为运维操作、训练演练、应急救援的辅助手段。

优选地，基础设施还包括分布式固定终端和集中监控设备，所述分布式固定终端和集中监控设备分别设置于现场和损管站，通过通信网络连接服务器，具有人机交互接口，各级操作人员以不同权限登录统一软件交互平台进行执行操作。

优选地，应用层基于船体结构数字化模型，呈现全局或具体甲板、舱室布局的二维视图或三维模型视图，支持基于船体结构数字化模型的信息展示，实时呈现现场设备、探测传感器、人员、管路、灾害预测、风险评估、辅助决策的信息，能够对特定对象显示其详细运行参数、状态信息。

优选地，通过三维模型视图或二维视图中实时展示火灾蔓延趋势、火灾预测和消防安全评估结果，能够快进和慢速显示未来一定时间内的火灾发展蔓延的预测动画。

优选地，服务层基于监测区域布置的摄像头图像数据，应用计算机视觉技术理解图像内容，实现火灾识别、人员密度分析和异常事件识别。

优选地，服务层采用火灾动力学模拟软件建立火灾实时发展蔓延模型，根据火灾位置、火灾类型、火灾概率，火灾规模、船体结构、耐火等级、可燃物分布，实时计算出未来一定时间内起火舱室及火灾蔓延舱室的温度、烟雾浓度、烟气层高度、气体产物浓度的火灾参数变化趋势，判断火灾可能蔓延的范围、时间及危害影响；

通过火灾图像、火焰、气体、烟雾、温度、危险源多维信息进行综合分析，确定火灾位置，判断火灾类型、火灾概率，量化火灾规模，提供火灾预警报警；

基于定位技术，进行重点区域安全管控人员或特种物资轨迹监控，建立定位数据库，用于现场感知、疏散救援路径规划和消防安全评估；

通过设备运行数据分析对设备异常监测识别，建立与消防安全相关的故障、异常预报警模型，将采集的设备数据输入至模型实时处理分析，输出设备故障、异常预报警和状态评估；

综合火灾态势、舱室环境条件、可燃物类型及分布、设备配置和运行状态、人力资源配置、异常事件的变化因素，建立动态消防安全评估模型，在线评估各部位的消防安全风险等级，分析相关危险因素；

基于安全管控人员、特种物资定位数据、船体结构耐火等级、可燃物分布信息、火灾位置、类型、火灾概率、火灾规模信息、火灾蔓延预测、设备和人力配置、设备状态信息、危险源信息，提供疏散、救援路径规划；

融合消防安全动态评估、疏散、救援路径规划、预案、标准、经验信息、故障异常风险预报警信息、火灾预警报警信息，提供资源调配、应急处置、灾害影响评估服务。

根据本发明提供的一种适用于舰船消防安全的智能管控方法，包括如下步骤：

步骤1：建立全船统一数据库，通过数据库的整体设计实现船体消防设施数据的存储并进行备份；

步骤2：基于数据库根据舰船实际舱室情况，建立3d模型/3d渲染引擎，采用c/s和b/s的混合架构实现可视化显示和特效的制作；

步骤3：应用服务器系统实现与消防设施设备间的双向通信，实现数据库系统的访问与操作、视频流媒体数据的访问、数据分析和辅助决策结果输出与前端可视化系统的双向通信接口；

步骤4：通过前端可视化系统与应用服务器后台系统进行双向通信，最终实现船体三维模型数据载体下的实时化、可视化的消防智能化综合管控。

根据本发明提供的一种计算机可读介质，其存储又可由适用于舰船消防安全的智能管控系统执行的计算机程序，当计算机程序在适用于舰船消防安全的智能管控系统上运行时，使得所述适用于舰船消防安全的智能管控系统执行上述的适用于舰船消防安全的智能管控方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过将传统火灾探测与视频监控、设备状态监控、室内定位融合，提供多种智能感知手段，识别火灾、异常事件等灾害类型，判断灾害概率，量化灾害规模，为灾情感知、路径规划提供基础数据支撑，将设备运维监测、灾害风险预测纳入舰船消防安全管理，可早期发现故障、灾害隐患，防患未然。

2、本发明在线动态舰船消防安全风险评估便于指挥员、消防员实时掌握消防安全风险变化状态。

3、本发明基于船体结构的多维信息展示、灾害范围规模动态展示、火灾风险实时预测、路径规划、协同作业、辅助运维、训练演练、辅助救援等多元化服务，可赋予人员态势感知和掌控全局的能力，扩展、丰富和延伸指挥员、操作员的智能，使其能及时实施作战部署，提升消防队伍的行动能力。

4、本发明通过不断积累的运行实操数据为机器判别和辅助决策的优化提供数据基础。

5、本发明在集成化管理，规范业务流程、优化作业环节，通过数据信息的全面集成，快速关联各种数据信息，主动寻求最优建议及解决方案，对消防装备、人员物资实时调度、管控，实现精准管理，提高工作效率、降低管理成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中舰船消防安全系统架构的示意图；

图2为本发明中辅助决策服务的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种适用于舰船消防安全的智能管控系统，包括基础设施、应用层和服务层。

基础设施：

包括探测传感设备、消防安全设备、分布式监控箱、分布式固定终端、集中监控设备、单兵移动终端、服务器、通信网络设备等。

探测传感设备用于探测数据采集。

消防安全设备包括：通风、空调、防排烟、灭火、应急疏散、消火栓、防火分隔等。

分布式监控箱连接前端探测传感设备、执行设备，实现数据采集、处理、边缘计算信息提取以及执行控制操作。

分布式固定终端、集中监控设备分别设置于现场和损管站，通过通信网络连接服务器，具有人机交互接口，各级操作人员以不同权限登录统一软件交互平台。

服务器包括应用服务器和数据服务器，提供云计算、存储等统一数字化平台服务。

单兵移动终端包括移动平板、智能防护服、智能头盔、智能眼镜等，接入统一数字化平台，具有定位、多媒体输入输出、通信功能，作为运维操作、训练演练、应急救援的辅助手段，增强消防员对现场、设备和辅助信息的获取能力，提高协同作业能力。

应用层：

应用层提供以数据、知识库支撑的数字化管理方式。在统一的数字化平台上实现消防监控、实战指挥、人员物资、维修保障、训练演练等管理，以多种可视化监控方式以及多元信息交互方式提供信息可视化模型，直观呈现建筑信息、传感数据、设备信息、预测分析、统计信息、运维管理、决策支持。具体应用服务形式为：

(1)基于船体结构数字化模型，呈现全局或具体甲板、舱室布局的二维或三维视图，支持基于船体结构数字化模型的信息展示，实时呈现现场设备、探测传感器、人员、管路、灾害预测、风险评估、辅助决策等信息，可对特定对象显示其详细运行参数、状态信息，提供缩放、查找等功能。

(2)针对不同类别的信息进行图层筛选要素显示。

(3)提示现场设备故障或火警区域报警，基于船体结构数字模型显示报警、故障部位和报警时间、类型、概率和规模等具体信息。

(4)具有运维管理功能，在平台上对设备、人员、物资等消防资源可进行远程配置、参数设置等操作。

(5)具有视频信息监控功能，二维或三维地图上显示视频撒点，选择特定的摄像头标识获得该位置的实时监控画面，或检索历史监控信息。

(6)三维模型或二维视图中实时展示火灾蔓延趋势、火灾预测和消防安全评估结果，可快进和慢速显示未来一定时间内的火灾发展蔓延的预测动画，可调出舱室空间某点或者某面的火灾参数预测数据，自动显示区域内的火灾参数及危害提示信息并发出警报，以便指挥员实时动态调整灭火救援作战方案。

(7)可视化显示辅助信息以二维或三维图形显示在集中监控设备、分布式固定终端或单兵移动终端上，将辅助信息通过文字、图表或音视频的形式呈现。辅助信息包括：设备基本信息、在线监测数据、运行统计分析、灾害或异常预警报警、火灾预测信息、消防安全风险评估、路径导航、应急处置、训练演练、操作维修指导。单兵移动终端日常工况下，可通过软件平台获取设备基本信息、在线监测数据、统计分析、灾害或异常预警报警、消防安全评估、操作维修指导；灾害情形下，通过定位获取指引信息，如逃生或救援路径导航、灭火设施位置、应急处置指导等；训练演练状态下，可在预先设定的地点获取叠加在真实场景中的虚拟灾害景象，并通过叠加在真实设备上的虚拟操控界面进行演练。

(8)具备多站位间、固定站位和移动设备之间的文字、图像、语音、视频通信功能。

(9)具备搭载实装设备的训练、演练模式，提供基于真实场景、真实设备的训练演练平台，让消防队伍各级成员体验真实场景，弥补实战经验不足。

(10)具备舰船消防智慧管理功能，通过数字化技术，将规范化操作流程、设备的各种工程和技术信息、运行维修数据等以数字化形式存储于云平台，通过人机交互，提供消防设施监管、消防工作监督、巡检及故障跟进、隐患处理、报表分析、火情响应等数字化管理和知识库支持，降低人员因素对管理效率的影响，发挥智慧管理的优势。

服务层：

服务层通过云计算、边缘计算实现智能感知、控制、辅助决策，建立多种数据库、预测、仿真模型，实现数据分析、状态评估、综合推理，以支撑消防安全的辅助决策和管理。具体实施方案如下：

(1)基于监测区域布置的摄像头图像数据，应用计算机视觉技术理解图像内容，实现火灾识别、人员密度分析、异常事件识别等。应用卷积神经网络技术识别图像中灾害信息，主要步骤为灾害图像数据库建立、神经网络模型构建、模型训练与优化；通过图像预处理、目标检测、目标跟踪以及轨迹分析进行人员监测；运用上述方法和其他机器视觉技术判别如能见度、人员密度以及非法操作、通道占用、管道破损等异常事件。

(2)将可见光图像、红外热像、红外火焰、可燃气体、烟雾、温度等不同维度的火灾信息特征经过预处理后，使用信息神经网络技术及模糊变换的方法将多维火灾信息进行综合，得出为火灾类型、火灾概率、火灾规模，提供火灾预警报警。

(3)基于定位技术，进行重点区域安全管控人员或特种物资轨迹监控。布署一定数量的微基站(信号接收)，为人员、危险源佩戴标签卡(信号发射源)，实时获取监测对象精确位置。对监测对象位置信息进行分析处理，运用模式识别等方法智能判断人员及危险源的工作状态，识别人员与危险源是否有异常行为，并进行相应的异常预警。建立安全管控人员或特种物资定位数据库，用于疏散救援路径规划和消防安全评估。

(4)通过直接或间接的方式获取供配电系统、消防设施、灭火器材等设备信息。通过无线及有线通信网络将信息传输至服务器数据库。基于统计推理、机器学习、关联推断等方法建立故障、异常预报警模型。将采集的设备数据输入至该模型实时处理分析，输出设备故障、异常预报警和状态评估。

(5)采用火灾动力学模拟软件预先计算大量典型火灾工况的火灾发生发展蔓延数据，保存于火灾预测信息数据库，一旦发生火灾，根据火灾类型、火灾概率、火灾规模数据匹配火灾预测信息数据库，预测火灾发展态势。基于多舱室火灾实时预测模型，计算并预测火灾发展态势，预测未来一定时间内起火舱室及火灾蔓延舱室的温度、烟雾浓度、烟气层高度、气体产物浓度等主要的火灾参数的变化规律和趋势，判断火灾可能蔓延的范围、时间及危害影响。

(6)建立基于风险评估理论的动态消防安全评估模型，综合火灾态势、舱室环境条件、可燃物类型及分布、设备配置和运行状态、人力资源配置、异常事件等变化因素，在线评估各部位的消防安全风险等级，分析相关危险因素。

(7)根据安全管控人员、特种物资定位数据和火灾报警信息提供依据火灾发展态势的动态疏散、救援路径规划。运用蚁群算法计算最优路径，路段通行时间预计因素包括可燃物分布信息、人员密度、能见度、火灾蔓延预测、设备和人力配置、设备状态信息、危险源信息等。

(8)融合消防安全动态评估、疏散、救援路径规划、预案、标准、经验信息、故障异常风险预报警信息、火灾预警报警信息，提供资源调配、应急处置、灾害影响评估服务。基于专家系统、推理和机器学习相结合的方法，生成消防资源调配、消防处置、危险源管控、灾后处置模型，然后将从信息库获取的灭火决策信息(包括舱室名称、位置、防火区划、舱内重要设备、危险品、相邻舱室、火灾大小和类型等)作为检索特征值，通过特征值对模型库与实际情况的相似度按照最相邻算法、模糊逻辑和归纳引导策略等方法进行检索，然后将检索出的模型根据实际火灾参数进行相应修改，输出辅助决策方案；同时，将每次修改后的模型保存后存入模型库中，供后续使用。

(9)数据库、模型库、规则库具有开放性，实施动态管理。如记录训练演练数据用以丰富经验库、优化消防资源调配、路径规划、消防处置等模型，又如发生事故，设备状态历史信息可用于修正更新设备故障预测模型。

根据本发明提供的一种适用于舰船消防安全的智能管控方法，包括如下步骤：

步骤1：建立全船统一数据库，通过数据库的整体设计及表、视图、索引等核心内容的优化，实现船体消防设施设备参数、状态、预警数据、3d数据、图像数据、视频数据、分析结果等的存储，并通过对立备份机制实现数据的安全备份。

步骤2：根据舰船实际舱室情况，建立3d模型/3d渲染引擎，采用c/s和b/s的混合架构。c/s架构有助于充分利用桌面图形工作站的硬件性能，以提升3d内部的渲染；b/s架构有助于充分利用新一代web技术的优势，快速实现图形、图表、数据管理等功能研发。通过读取数据库中实时数据信息，实现可视化显示和特效的制作。

步骤3：应用服务器系统实现与各种消防设施设备间的双向通信，实现数据库系统的访问与操作，实现视频流媒体数据的访问，实现数据分析和辅助决策结果输出，实现与前端可视化系统的双向通信接口。

步骤4：前端可视化系统以桌面软件系统为主体，采用html5、css3、webgl、websocket等前端桌面软件系统技术，实现界面和业务逻辑开发。对前端系统核心实现消防设施设备的参数显示与设置、状态实时呈现、消防整体态势、设备控制、数据管理与分析、辅助决策计算与输出等功能，并与应用服务器后台系统进行双向通信，最终实现船体三维模型数据载体下的实时化、可视化的消防智能化综合管控。

本发明提供舰船灾害范围规模动态展示、火灾风险实时预测、路径规划、协同作业、辅助运维、训练演练、辅助救援等多元化数字平台服务，建立多种数据库、预测和仿真模型，预先计算大量典型火灾工况的火灾发生发展蔓延数据，保存于火灾预测信息数据库，一旦发生火灾，利用实时数据感知的火灾类型、火灾概率、火灾规模信息匹配火灾预测信息数据库，预测火灾发展态势，同时融合传统火灾探测与视频监控、设备状态监控、室内定位，提供多种智能感知手段，识别火灾、异常事件等灾害类型，判断灾害概率，量化灾害规模，为灾情感知、路径规划提供基础数据支撑，将设备运维监测、灾害风险预测纳入舰船消防安全管理，可早期发现故障、灾害隐患。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。